Linux-I/O模型

Linux的内核将所有外部设备都看做一个文件来操作，对一个文件的读写操作会调用内核提供的系统命令，返回一个file descriptor（fd，文件描述符）。而对一个socket的读写也会有相应的描述符，称为socketfd（socket描述符），描述符就是一个数字，它指向内核中的一个结构体（文件路径，数据区等一些属性）

1、阻塞I/O

阻塞的文件描述符称之为阻塞I/O

对于阻塞IO的系统调用可能因为无法立即完成而被操作系统挂起，直到等待的事件发生为止

比如客户端通过connect向服务器发起连接时，connect首先发送同步报文给服务器，然后等待服务器的返回确认报文段，如果服务器没有立即返回报文段，则connect调用将会被挂起，直到客户端收到确认报文段并唤醒connect调用

2、非阻塞I/O

非阻塞的文件描述符称之为非阻塞I/O

对于非阻塞IO的调用总是立即返回，而不管事件是否发生。

如果事件没有发生，就返回-1（和出错的情况一样），这时必须根据errno来区分这两种情况。

对于accept、send、recv来说，事件未发生时errno通常被设置为EAGAIN（再来一次）或者EWOULDBLOCK（期望阻塞）；对于connect来说，errno被设置为EINPROGRESS（处理中）

只有在事件已经发生时操作非阻塞I/O才能提高程序的效率，所以非阻塞I/O通常和其它I/O通知机制一起使用（比如I/O复用和SIGIO信号）

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总结：

同步I/O模型要求用户代码自行执行I/O操作（将数据从内核缓冲区读入用户缓冲区 或者 将数据从用户缓冲区写入内核缓冲区）

异步I/O模型则由内核来执行I/O操作（数据从内核缓冲区到用户缓冲区之间的移动是内核在“后台”完成的）

同步I/O向应用程序通知的是I/O就绪事件

异步I/O向应用程序通知的是I/O完成事件

3、I/O复用模型

Linux提供select/poll，进程通过将一个或多个fd传递给select或poll系统调用，阻塞在select操作上，这样select/poll可以帮我们侦测多个fd是否处于就绪状态。select/poll是顺序扫描fd是否就绪，而且支持的fd数量有限，因此它的使用受到了一些制约。Linux还提供了一个epoll系统调用，epoll使用基于事件驱动方式代替顺序扫描，因此性能更高。当有fd就绪时，立即回调函数rollback

4、信号驱动I/O模型

首先开启套接口信号驱动I/O功能，并通过系统调用sigaction执行一个信号处理函数（此系统调用立即返回，进程继续工作，它是非阻塞的）。当数据准备就绪时，就为该进程生成一个SIGIO信号，通过信号回调通知应用程序调用recvfrom来读取数据，并通知主循环函数处理数据

5、异步I/O

告知内核启动某个操作，并让内核在整个操作完成后（包括将数据从内核复制到用户自己的缓冲区）通知我们。

这种模型与信号驱动模型的主要区别是：信号驱动I/O由内核通知我们何时可以开始一个I/O操作；异步I/O模型由内核通知我们I/O操作何时已经完成